胫骨平台双髁四象限骨折新内固定模式的生物力学研究及有限元分析

Tibial plateau fracture is common in our country, while bi-condylar four-quadrant tibial plateau fracture is one of the most serious types; there is still a lot of controversy about how to treat these fractures appropriately. Our department had innovated and used a new fixation mode for treating bi-condylar four-quadrant tibial plateau fractures since 2014, that is medial enclosure anti-glide and lateral raft-buttress fixation, the clinical results was satisfied according to follow up. However, there is a lack of biomechanical study on stability of the new internal fixation mode, thus the promotion and application of this fixation mode was restrict..This project uses a three-dimensional finite element model of human knee joint to simulate bi-condylar four-quadrant tibial plateau fractures. We fix the fracture with the new internal fixation mode, together with other traditional fixation devices. Under different size of axial force with each knee flexion angle, we would like to study the change of the stress on the tibiofemoral joint contact area, the max contact press, the max mises stress, and the displacement trend of bone fragment. According to the result of finite element analysis, artificially synthesized knee joint is used to simulate this kind of knee joint injury. The fracture models are fixed with different kinds of internal devices, stabilized on the frame and different flexion angles of knee joint are set under the axial force by electronic test machine. High precision displacement sensor is used to measure the vertical displacement and the maximum failure load of the tibial plateau fractures, so as to analyze the stabilizing effect of different internal fixation methods on the fixation of bi-condylar four-quadrant tibial plateau fractures. This project provides the basic research of stabilizing effect of different internal fixation mode for bi-condylar four-quadrant tibial plateau, and provides theoretical support for clinically promotion and application of this new fixation mode.

胫骨平台骨折在我国较为常见。涉及内外侧双髁四个象限的胫骨平台骨折，治疗方式仍存有许多争议。我科于2014年创新性提出“内侧围挡抗滑、外侧排筏支撑”的新型内固定模式治疗胫骨平台双髁四象限骨折，临床应用取得了良好的效果。然而该内固定模式的生物力学稳定性尚缺乏基础研究支持，从而影响其推广应用。.本课题拟构建成人胫骨平台双髁四象限三维有限元模型，按“内侧围挡、外侧支撑”的新型理念固定各象限骨折块，研究应力加载下胫骨平台各骨折块的接触应力、峰值压力及骨结构位移趋势的变化。根据有限元实验结果，采用人工合成膝关节，制作胫骨平台双髁四象限骨折模型，并以不同方式加以固定，模拟膝关节不同屈曲角度下受到轴向外力，利用高精度位移传感器测量胫骨平台骨折块的垂直位移和最大失效载荷，分析新型内固定技术对胫骨平台各象限骨折块的固定效果，为临床上推广“内侧围挡、外侧支撑”的内固定模式治疗胫骨平台双髁四象限骨折提供理论支持。

胫骨平台骨折在我国较为常见，涉及内外双髁四象限的骨折，治疗方式仍存有许多争议。我科于2014年创新性提出内侧围挡抗滑、外侧排筏支撑的新型内固定模式治疗胫骨平台双髁四象限骨折，临床应用取得了良好的效果。本课题通过构建成人胫骨平台双髁四象限三维有限元模型，予新型内固定方式固定骨折块，研究应力加载下胫骨平台各骨折块的接触应力、峰值压力及骨结构位移趋势的变化。结果显示利用有限元相关软件建立的胫骨平台双髁四象限骨折有限元模型及钢板围挡固定有限元模型能有效模拟骨折真实情况。根据有限元实验结果，采用人工合成胫骨标本，构建胫骨平台双髁四象限骨折模型，模拟膝关节在伸直状态下受到轴向外力，利用高精度位移传感器测量胫骨平台各骨折块的垂直位移和最大失效载荷，来分析不同内固定方式对胫骨平台骨折块的固定效果。研究结果显示以10mm/min加载至总载荷1400N，重复加载10000次后，新模式钢板固定组骨折块的纵向位移，与传统内外侧钢板固定组的纵向位移相比较，两者的差异存在统计学意义。新内固定模式的极限支撑力，与内外侧钢板固定组相比差异存在统计学意义。结论显示新型内固定方式治疗胫骨平台双髁四象限骨折的生物力学效果稳定可靠，可以在临床推广应用。在前外侧腓骨头上入路的基础上，创新性提出了水平带状箍钢板固定技术，采用3.5mmT形钢板预弯后水平放置固定治疗孤立的胫骨平台后外侧象限骨折。为了证实该固定模式的稳定性，设计了生物力学研究和有限元研究。在有限元软件中构建了胫骨平台后外侧骨折钢板固定三维有限元模型；三种固定模型在轴向载荷为1200 N时，带状钢板与外侧解剖型钢板及后方重建支撑钢板的轴向位移向接近；随着载荷增大，三种固定方式下胫骨与螺钉所承受的应力值也随之增大，但各组总体位移与最大应力值均比较接近。临床上，回顾性分析2014年1月至2016年12月期间收治的9例单纯的胫骨平台后外侧象限骨折。结论显示对于孤立的胫骨平台后外侧象限骨折，带状箍钢板固定骨折块稳定可靠，临床随访疗效满意。